Какие исходные величины потребуются
Укажите «Константа равновесия A ⇌ B», «Константа равновесия B ⇌ C», «A в начале (моль)». Это основные параметры выбранной постановки: они описывают исходное состояние, состав либо положение равновесия. Для контрольного набора указаны следующие числа: Константа равновесия A ⇌ B: 2.8; Константа равновесия B ⇌ C: 0.7; A в начале (моль): 2.2 моль. Их можно заменить значениями из химического анализа, измерения потенциала или справочных таблиц. Величины должны соответствовать одному состоянию системы, а не быть собраны из опытов при разных температурах без поправок.
Остальные входные величины: «B в начале (моль)», «C в начале (моль)», «Объём раствора (л)». В этой модели их роль не декоративная: они участвуют в вычислении энергетических изменений, долей или вещества, доступного для превращения. Если входы задают константы, необходимо помнить о стандартном состоянии; если задают концентрации, нельзя подменять молярную концентрацию массовой долей. Особенно опасно использовать константу, рассчитанную для другой температуры или другой ионной силы. В частности, здесь проверяются входные данные: Константа равновесия A ⇌ B, Константа равновесия B ⇌ C.
Уравнения и контроль материального баланса
Основное уравнение записывается так: K₁=cB/cA; K₂=cC/cB; cA=CΣ/(1+K₁+K₁K₂). Для задач со степенью реакции количества компонентов меняются в соответствии со стехиометрическими коэффициентами. Для задач с активностями важно отдельно определить, какой вид частного реакции используют в расчёте. Если константа близка к нулю или чрезвычайно велика, чувствительность к округлению может резко возрастать; поэтому вычисления выполняются без предварительного округления вводимых чисел.
С указанными по умолчанию параметрами получается «A на равновесии, моль»: 0.451389; также вычисляется «C на равновесии, моль»: 0.884722. Остальные числовые показатели показывают связанный состав или энергетическую характеристику и помогают обнаружить несоответствие размерностей. При проверке сложных выражений полезно подставить результаты обратно в исходное уравнение и удостовериться, что сумма компонентов не изменилась там, где она должна сохраняться.
Что меняется при другой загрузке или температуре
Для сравнения двух расчётов измените поле «Константа равновесия A ⇌ B»: в дополнительном примере исходное значение 2.8 заменяется на 2.52. Тогда показатель «A на равновесии, моль» становится равным 0.492051. Такой способ позволяет увидеть влияние одного параметра, удерживая прочие неизменными. Однако в реальной лаборатории некоторые условия связаны: например, измеренная константа и температура не всегда могут изменяться независимо друг от друга.
Две последовательные изомеризации образуют равновесную цепочку. Константа второго шага изменяет не только долю конечного продукта C, но и количество промежуточного B. При интерпретации сравните относительные доли компонентов и знак рассчитанной свободной энергии, когда он присутствует среди результатов. Положительная энергия при заданном составе не означает невозможность обратной реакции; отрицательная энергия не означает мгновенное превращение. Если наблюдения не совпадают с вычислениями, сначала проверьте температуру и концентрационную основу расчёта, затем — наличие побочных реакций и неидеальности раствора или газа.
Границы модели и проверка результата
Основное допущение для этой задачи: Идеальная система из трёх изомеров с одинаковой стехиометрией, общая масса сохраняется и побочные превращения отсутствуют. Модель следует рассматривать как математическое описание определённого химического равновесия. Она не учитывает любые возможные соединения, потери при пробоподготовке или произвольные поправки к активности, которых нет среди входных данных. Для сложных растворов, больших давлений и смесей с несколькими фазами может потребоваться специализированная термодинамическая модель.
Перед применением вычисленных величин запишите источник исходной константы и экспериментальные условия. Проверьте выбранные единицы, химическую стехиометрию, состав до и после превращения, а также совпадение стандартных состояний. Если результат используется для технологического оборудования, сравните его с экспериментальной точкой и независимым расчётом. Программа показывает, что следует из введённой модели, но сама по себе не подтверждает безопасность режима или корректность химических данных. Для задачи «Последовательное равновесие трёх изомеров A ⇌ B ⇌ C» дополнительно сверьте: K₁=cB/cA; K₂=cC/cB; cA=CΣ/(1+K₁+K₁K₂).
Формула расчёта
K₁=cB/cA; K₂=cC/cB; cA=CΣ/(1+K₁+K₁K₂).
Проверенные примеры
Константа равновесия A ⇌ B = 2.8 ; Константа равновесия B ⇌ C = 0.7 ; A в начале (моль) = 2.2 моль; B в начале (моль) = 0.3 моль; C в начале (моль) = 0.1 моль; Объём раствора (л) = 4 л
A на равновесии, моль = 0.451389; B на равновесии, моль = 1.263889; C на равновесии, моль = 0.884722; Концентрация C, моль/л = 0.221181; Доля C на равновесии, % = 34.027778; Изменение B, моль = 0.963889
Константа равновесия A ⇌ B = 2.52 при остальных исходных значениях
A на равновесии, моль = 0.492051; B на равновесии, моль = 1.239970; C на равновесии, моль = 0.867979; Концентрация C, моль/л = 0.216995; Доля C на равновесии, % = 33.383800; Изменение B, моль = 0.939970
Константа равновесия A ⇌ B = 2.604 при прочих исходных значениях
A на равновесии, моль = 0.479104; B на равновесии, моль = 1.247586; C на равновесии, моль = 0.873310; Концентрация C, моль/л = 0.218328; Доля C на равновесии, % = 33.588855; Изменение B, моль = 0.947586
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Укажите «Константа равновесия A ⇌ B» (без единицы), от 1e-08 до 100000000.0.
- Укажите «Константа равновесия B ⇌ C» (без единицы), от 1e-08 до 100000000.0.
- Укажите «A в начале» (моль), от 0 до 1000000.0.
- Укажите «B в начале» (моль), от 0 до 1000000.0.
- Укажите «C в начале» (моль), от 0 до 1000000.0.
- Укажите «Объём раствора» (л), от 0.0001 до 10000000.0.
- Сопоставьте результаты с физическими ограничениями и условием применимости.